Soll der Akku immer zu 100% geladen werden? Hör jetzt auf damit.

Im heutigen Leben sind Mobiltelefone nicht nur ein Kommunikationsmittel, sondern spielen auch im Beruf, in der Freizeit und im sozialen Miteinander eine immer wichtigere Rolle. Bei der Verwendung eines Mobiltelefons ist die Erinnerung an einen niedrigen Akkustand das Beunruhigendste.

LG führte 2016 eine Umfrage durch, die ergab, dass 90 % der Menschen „Panik“ verspüren, wenn der Akku ihres Telefons unter 20 % fällt. Obwohl die großen Hersteller hart daran arbeiten, die Kapazität der Handyakkus zu erweitern, sind die meisten Menschen angesichts der zunehmenden Häufigkeit und Intensität der Handynutzung im Alltag allmählich von einmal täglichem Aufladen auf N-mal tägliches Aufladen umgestiegen. Viele Menschen haben für den Notfall sogar Powerbanks dabei, wenn sie das Haus verlassen.

Was können wir also tun, um die Lebensdauer des Handy-Akkus bei der täglichen Nutzung unseres Handys so weit wie möglich zu verlängern?

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Funktionsweise von Lithium-Ionen-Batterien

Die meisten derzeit auf dem Markt erhältlichen Mobiltelefone verwenden Batterien auf Nobelpreisniveau: Lithium-Ionen-Batterien. Im Vergleich zu herkömmlichen Batterien wie Nickel-Metallhydrid-, Zink-Mangan- und Blei-Säure-Batterien haben Lithium-Ionen-Batterien die Vorteile einer großen Kapazität, einer geringen Größe, einer Hochspannungsplattform und einer langen Lebensdauer. Gerade aufgrund dieser Vorteile können Mobiltelefone kleiner aussehen und eine längere Akkulaufzeit aufweisen.

Die positive Elektrode von Lithium-Ionen-Batterien in Mobiltelefonen verwendet normalerweise LiCoO2 (Lithiumkobaltoxid), NCM und NCA-Materialien; Zu den Materialien für die negative Elektrode in Mobiltelefonen zählen hauptsächlich künstlicher Graphit, natürlicher Graphit, MCMB, SiO usw. Während des Ladevorgangs wird Lithium in Form von Lithiumionen aus der positiven Elektrode ausgegliedert, wandert durch den Elektrolyten und wird schließlich in die negative Elektrode eingebettet, während der Entladevorgang genau umgekehrt ist. Daher handelt es sich beim Lade- und Entladevorgang um einen Zyklus, bei dem sich Lithiumionen kontinuierlich zwischen den positiven und negativen Elektroden einbetten/ausbetten und einfügen/ausbetten, was anschaulich als „Schaukelstuhlbatterie“ bezeichnet wird.

Funktionsprinzip der Lithiumbatterie: Beim Laden und Entladen bewegen sich Lithiumionen kontinuierlich zwischen der positiven und negativen Elektrode hin und her. |Foto vom Autor bereitgestellt

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Gründe für die Verkürzung der Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien

Die Akkulaufzeit eines neu gekauften Mobiltelefons ist zunächst recht gut, lässt jedoch nach einiger Zeit der Nutzung immer mehr nach. So kann beispielsweise ein neues Mobiltelefon nach dem vollständigen Aufladen etwa 36 bis 48 Stunden lang verwendet werden, nach mehr als einem halben Jahr hält dieselbe volle Ladung jedoch möglicherweise nur noch 24 Stunden oder sogar weniger.

Was genau ist der Grund dafür, dass Handy-Akkus ihre „Lebensdauer verkürzen“? Die Hauptgründe hierfür sind:

① Überladung und Tiefentladung

Lithium-Ionen-Batterien funktionieren nur, wenn sich Lithium-Ionen zwischen der positiven und der negativen Elektrode bewegen. Daher steht die Anzahl der Lithiumionen, die die positiven und negativen Elektroden einer Lithium-Ionen-Batterie aufnehmen können, in direktem Zusammenhang mit ihrer Kapazität. Wenn Lithium-Ionen-Batterien stark geladen und entladen werden, kann die Struktur ihrer positiven und negativen Elektrodenmaterialien beschädigt werden, wodurch weniger Platz für die Aufnahme von Lithium-Ionen bleibt und ihre Kapazität abnimmt. Dies wird oft als eine Verkürzung der Batterielebensdauer bezeichnet.

Elektronenmikroskopische Aufnahmen des Kathodenmaterials LiCoO2 vor (a) und nach (b) 50 Zyklen tiefer Ladung und Entladung

Abbildung 2. LiCoO2 zeigt strukturelle Schäden nach Tiefenladung und -entladung

Die Lebensdauer einer Batterie wird üblicherweise anhand der Zyklenlebensdauer gemessen. Dabei handelt es sich um die Anzahl der Lade- und Entladezyklen, während derer eine Lithium-Ionen-Batterie vollständig geladen und entladen werden kann und ihre Kapazität bei über 80 % bleibt.

Der nationale Standard GB/T18287 schreibt vor, dass die Zyklenlebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien in Mobiltelefonen mindestens 300 Mal betragen darf. Bedeutet dies, dass die Lebensdauer unserer Handy-Akkus nach 300 Lade- und Entladezyklen abnimmt? Die Antwort ist nein.

Erstens ist die Abnahme der Batteriekapazität bei der Messung der Zykluslebensdauer ein allmählicher Prozess und kein stufen- oder sprunghafter. Zweitens werden Lithium-Ionen-Batterien stark geladen und entladen, und im täglichen Gebrauch verfügt das Batteriemanagementsystem über einen Batterieschutzmechanismus. Es unterbricht automatisch die Stromzufuhr, nachdem es vollständig aufgeladen ist, und schaltet sich automatisch ab, wenn der Akku schwach ist, wodurch Tiefentladung und Tiefentladung so weit wie möglich vermieden werden können. Daher beträgt die tatsächliche Lebensdauer von Handy-Akkus mehr als das 300-fache.

Allerdings können wir uns nicht vollständig auf ein hervorragendes Batteriemanagementsystem verlassen. Wenn Sie das Telefon längere Zeit bei niedriger oder voller Ladung belassen, kann dies den Akku beschädigen und seine Kapazität verringern. Daher besteht die beste Methode zum Aufladen eines Mobiltelefons darin, es flach aufzuladen und flach zu entladen. Laden Sie es auf, wenn der Akku leer ist, und ziehen Sie den Stecker, wenn es voll ist. Wenn Sie Ihr Telefon längere Zeit nicht verwenden, können Sie seine Lebensdauer effektiv verlängern, indem Sie es halb aufgeladen halten.

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② Laden unter zu kalten oder zu heißen Bedingungen

Lithium-Ionen-Batterien haben außerdem hohe Temperaturanforderungen und ihr normaler Betriebstemperaturbereich (Entladetemperatur) liegt zwischen 0 °C und 35 °C. Unter niedrigen Temperaturen nimmt die Ionenleitfähigkeit des Elektrolyten ab, die Ladungsübertragungsimpedanz steigt und die Leistung von Lithium-Ionen-Batterien verschlechtert sich. Das intuitivste Gefühl ist eine Verringerung der Kapazität. Dieser Kapazitätsverlust ist jedoch umkehrbar und die Leistung von Lithium-Ionen-Batterien normalisiert sich wieder, wenn die Temperatur wieder auf Raumtemperatur absinkt.

Wenn die Batterie jedoch bei niedrigen Temperaturen geladen wird, kann die Polarisation der negativen Elektrode dazu führen, dass ihr Potenzial das Reduktionspotenzial von metallischem Lithium erreicht, was zur Ablagerung von Lithiummetall auf der Oberfläche der negativen Elektrode führt. Dies führt einerseits zu einer Reduzierung der Batteriekapazität und andererseits besteht die Möglichkeit, dass sich Lithium-Dendriten bilden, die einen Kurzschluss der Batterie verursachen und somit eine Gefahr darstellen.

Das Laden von Lithium-Ionen-Batterien unter Hochtemperaturbedingungen verändert auch die Struktur der positiven und negativen Elektroden der Lithium-Ionen, was zu einem irreversiblen Abfall der Batteriekapazität führt. Vermeiden Sie daher das Aufladen Ihres Telefons bei zu kalten oder überhitzten Bedingungen. Dies kann auch die Lebensdauer Ihres Telefons effektiv verlängern.

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Sind diese Angaben zur Gebührenbelastung angemessen?

① Beeinträchtigt das Aufladen über Nacht die Akkulaufzeit meines Mobiltelefons?

Überladen und Überentladen beeinträchtigen die Lebensdauer der Batterie, aber das Laden über Nacht bedeutet nicht, dass die Batterie überladen ist. Einerseits wird das Mobiltelefon nach dem vollständigen Laden automatisch vom Strom getrennt. Andererseits verwenden viele Mobiltelefone derzeit eine Lademethode, bei der der Akku zunächst schnell auf 80 % seiner Kapazität aufgeladen wird und dann auf eine langsamere Erhaltungsladung umgeschaltet wird. Sie können Ihr Telefon also beruhigt aufladen, während Sie schlafen. Die Ingenieure haben diese Aspekte bei der Konstruktion berücksichtigt.

2. Im heißen Sommer kann die Temperatur des Mobiltelefons beim Laden ansteigen. Ist das normal oder liegt hier ein Problem mit dem Handy-Akku vor?

Das Laden von Batterien ist mit komplexen Prozessen wie chemischen Reaktionen und Ladungsübertragungen verbunden. Bei diesen Prozessen entsteht häufig Wärme. Daher ist es normal, dass sich das Telefon während des Ladevorgangs erwärmt. Die hohe Temperatur und Erwärmung des Mobiltelefons wird im Allgemeinen eher durch eine schlechte Wärmeableitung als durch Probleme mit dem Akku selbst verursacht. Durch das Entfernen der Schutzhülle während des Ladevorgangs kann die Wärme besser abgeleitet und die Lebensdauer des Telefons effektiv verlängert werden.

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3. Beeinträchtigt das Aufladen eines Mobiltelefons mit einer Powerbank oder einem Autoladegerät die Lebensdauer des Mobiltelefonakkus?

Gewohnheit. Unabhängig davon, ob Sie eine Powerbank oder ein Autoladegerät verwenden, wird die Lebensdauer des Handy-Akkus nicht beeinträchtigt, solange Sie zum Laden Ihres Handys ein Ladegerät verwenden, das den nationalen Standards entspricht.

④ Ist die Ladeleistung beim Laden eines Mobiltelefons durch Einstecken eines Ladekabels in einen Computer und beim Laden eines Mobiltelefons durch Einstecken des Ladekabels in eine Steckdose dieselbe?

Unabhängig davon, ob Sie zum Laden eine Powerbank, ein Autoladegerät, einen Computer oder den direkten Anschluss an eine Stromquelle verwenden, hängt die Ladegeschwindigkeit nur von der Ladeleistung ab, die das Ladegerät und das Mobiltelefon unterstützen. Die Ladegeschwindigkeit eines 5-W-Ladegeräts (5 V = 1 A) ist langsamer als die eines 18-W-Ladegeräts (9 V = 2 A).

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⑤ Kann ich mein Mobiltelefon während des Ladevorgangs verwenden? Was sind die Ursachen der bisherigen Fälle von „Stromschlag beim Telefonieren während des Ladens“?

Das Telefon kann während des Ladevorgangs verwendet werden. Beim Laden eines Mobiltelefons wandelt das Ladegerät 220 V Hochspannungswechselstrom über einen Transformator in Niederspannungsgleichstrom (z. B. die üblichen 5 V) um, um die Batterie mit Strom zu versorgen. Nur der Niederspannungsteil wird mit dem Mobiltelefon verbunden. Unter normalen Umständen beträgt die sichere Spannung für den menschlichen Körper 36 V. Das heißt, selbst wenn beim normalen Laden Strom aus dem Gehäuse des Mobiltelefons austritt, wird die niedrige Ausgangsspannung dem menschlichen Körper keinen Schaden zufügen.

Was die Nachrichten im Internet zum Thema „Stromschlag beim Telefonieren während des Ladevorgangs“ betrifft, so handelt es sich im Wesentlichen um nachgedruckte Inhalte. Die ursprüngliche Informationsquelle lässt sich nur schwer überprüfen und es gibt keinen Lagebericht einer maßgeblichen Behörde wie etwa der Polizei. Daher ist es schwierig, die Echtheit der betreffenden Nachrichten zu beurteilen. Doch was die Verwendung qualifizierter Ladegeräte zum Aufladen von Mobiltelefonen angeht, die den nationalen Standards entsprechen, ist die Behauptung, man könne „während des Telefonierens und des Ladevorgangs einen Stromschlag erleiden“, eine alarmierende Behauptung. Dies erinnert uns aber auch daran, dass wir beim Aufladen von Mobiltelefonen Ladegeräte regulärer Hersteller verwenden müssen, die den entsprechenden nationalen Standards entsprechen.

Darüber hinaus sollten Sie den Akku während der Verwendung des Telefons nicht selbst auseinanderbauen. Wenn der Akku ungewöhnliche Zustände wie beispielsweise eine Schwellung aufweist, stellen Sie die Verwendung rechtzeitig ein und lassen Sie ihn vom Telefonhersteller austauschen, um Sicherheitsunfälle durch unsachgemäße Verwendung des Akkus so weit wie möglich zu vermeiden.

Autor: Cao Bowei, Doktorand am Clean Energy Laboratory, Institut für Physik, Chinesische Akademie der Wissenschaften

Rezension | Li Hong, Forscher am Clean Energy Laboratory, Institut für Physik, Chinesische Akademie der Wissenschaften

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